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Os cientistas identificam regiões específicas do cérebro e circuitos que controlam a atenção
Neurônios produtores de norepinefrina no locus coeruleus produzem foco de atenção, controle de impulso por meio de duas conexões distintas com o córtex pré-frontal.
Por David Orenstein - 04/11/2020


Os neurônios do locus coeruleus, mostrados aqui expressando o indicador fluorescente de cálcio em tom verde GCaMP6F, são causalmente responsáveis ​​pelo controle da atenção: as habilidades de focar a atenção e conter os impulsos em busca de um objetivo. Créditos:Imagem cortesia do Tonegawa Lab / Picower Institute.

O controle da atenção de que os organismos precisam para ter sucesso em seus objetivos vem de duas habilidades: o foco para ignorar distrações e a disciplina para conter os impulsos. Um novo estudo realizado por neurocientistas do MIT mostra que essas habilidades são independentes, mas que a atividade dos neurônios produtores de norepinefrina em uma única região do cérebro, o locus coeruleus, controla ambos ao atingir duas áreas distintas do córtex pré-frontal.

“Nossos resultados demonstram um papel causal fundamental da ativação neuronal do LC na implementação do controle da atenção pela modulação seletiva da atividade neural em suas áreas-alvo”, escreveram os autores do estudo do grupo de pesquisa de Susumu Tonegawa, o Picower Professor de Biologia e Neurociência no Laboratório RIKEN-MIT de Genética de Circuito Neural do Instituto Picower para Aprendizagem e Memória e Instituto Médico Howard Hughes.

Estudos farmacológicos e de lesão do controle da atenção em humanos e outros mamíferos sugeriram que neurônios produtores de norepinefrina, ou noradrenérgicos, no LC podem ter esse papel, mas a evidência mais convincente tem sido mais correlativa do que causal, diz a autora principal do estudo Andrea Bari, um cientista pesquisador no laboratório Tonegawa. No novo estudo no Proceedings of the National Academy of Sciences , a equipe demonstrou clara causalidade usando optogenética para controlar especificamente neurônios noradrenérgicos LC em camundongos com precisão temporal e espacial como os roedores envolvidos em três tarefas de controle atencional. As manipulações afetaram imediatamente e de forma confiável o desempenho dos roedores.

“Pela primeira vez, demonstramos que a ativação do LC em tempo real, com técnicas específicas de células, causa esse efeito”, diz Bari.

Os resultados, dizem os autores, podem trazer contribuições importantes para os esforços de melhor compreensão e tratamento de transtornos psiquiátricos nos quais o controle da atenção ou qualquer uma de suas habilidades componentes está comprometida, como o transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH).

“Os pacientes com TDAH podem sofrer tanto de distração quanto de impulsividade”, diz o coautor e cientista pesquisador Michele Pignatelli, “mas você também pode ter casos caracterizados principalmente por apresentação desatenta ou hiperativa-impulsiva. Talvez possamos conceber novas estratégias para lidar com diferentes tipos de TDAH. ”

Inesperadamente, o estudo também levantou novas questões sobre o papel do LC na ansiedade, diz Bari, porque para a surpresa da equipe, estimular a atividade do LC também reduziu a ansiedade nos ratos.

Foco de locus

Depois de estabelecer seu método de tomar controle optogenético bidirecional de neurônios LC noradrenérgicos - o que significa que com diferentes cores de luz eles poderiam estimular ou inibir a atividade - os pesquisadores testaram os efeitos de cada manipulação em ratos. Na primeira tarefa, os roedores tiveram que esperar 7 segundos antes que um flash de luz de meio segundo sinalizasse qual dos dois portais eles deveriam cutucar com o nariz para receber uma recompensa alimentar. Camundongos nos quais os neurônios LC foram estimulados optogeneticamente realizaram a tarefa corretamente com mais frequência e fizeram menos movimentos prematuros do que quando não manipulados. Camundongos nos quais os neurônios LC foram inibidos realizaram a tarefa corretamente com menos freqüência (menos atenção significava perder aquele flash de luz) e se precipitaram mais do que o normal.

Os pesquisadores então treinaram ratos em um segundo paradigma comportamental, derivado da tarefa de orientação espacial Posner, amplamente utilizada na neurociência cognitiva humana. Nesta tarefa, os ratos antes de verem a luz que sinalizava o portal correto (desta vez por 3 segundos), eles veriam um flash de “sugestão”. Às vezes, essa sugestão estaria no lado oposto, às vezes no meio e às vezes no lado correto. Mais uma vez, a estimulação LC melhorou o desempenho correto e suprimiu os impulsos, e novamente a inibição reduziu a correção e aumentou os impulsos, mas agora os pesquisadores aprenderam algo novo com base no tempo de reação dos ratos. Os camundongos LC estimulados não mostraram diferença no tempo de reação porque estavam focados no objetivo real,

Na terceira tarefa, os ratos foram desafiados comportamentalmente e optogeneticamente manipulados de forma diferente. Desta vez, os ratos enfrentaram a possibilidade de distração constante por luzes irrelevantes enquanto esperavam pelo sinal real de 3 segundos do local de recompensa da comida. Os mesmos resultados de antes foram mantidos novamente, com uma exceção. Nos casos em que não havia distratores, com três longos segundos para perceber o sinal, os camundongos LC inibidos não deixaram de realizar a tarefa corretamente. Eles só mostraram o déficit em meio a distratores.

Para realmente chegar ao cerne de se o foco de atenção e o controle de impulso eram independentes ou dissociáveis, a equipe decidiu controlar a atividade do LC e a liberação de norepinefrina não nos principais corpos dos neurônios como antes, mas apenas onde suas longas projeções se conectavam a áreas específicas de o córtex pré-frontal (PFC). Seguindo algumas das pesquisas anteriores de Bari e sugestões de outros estudos, eles visaram o PFC dorso-medial (dmPFC) e o córtex orbitofrontal ventro-lateral (vlOFC). Nesses experimentos, eles descobriram que estimular as conexões LC no dmPFC aumentava o desempenho correto, mas não reduzia as respostas prematuras. Enquanto isso, estimular as conexões LC no vlOFC não melhorou o desempenho correto, mas reduziu as respostas prematuras.

“Aqui, aplicamos técnicas comportamentais, optogenéticas e genéticas do circuito neural, que proporcionam um alto grau de especificidade temporal e de tipo celular para a manipulação e registro da atividade dos neurônios noradrenérgicos no LC e demonstram uma ligação causal entre a norepinefrina LC específica temporal modulação e controle da atenção ”, escreveram os autores. “Nossos resultados revelam que o controle da atenção do comportamento é modulado pelos efeitos sinérgicos de duas vias coeruleo-corticais dissociáveis, com projeções de LC para dmPFC aumentando a atenção e projeções de LC para vlOFC reduzindo a impulsividade.”

Menos ansiedade

Os testes que revelaram que a estimulação por LC reduziu a ansiedade foram realizados como precaução. Muitos estudos sugeriram que o aumento da atividade do neurônio norepinefrina do LC aumentaria a ansiedade, diz Pignatelli. Isso pode ter comprometido a disposição dos ratos de bisbilhotar por comida, ou pode tê-los tornado muito impulsivos, então a equipe verificou os efeitos da ansiedade antes de iniciar as tarefas de controle da atenção.

Bari disse que investigar o surpreendente benefício da estimulação por LC para ansiedade pode ser uma área intrigante para estudos futuros. Ele disse que espera dar mais ... atenção.

Além de Tonegawa, Bari e Pignatelli, os outros autores do artigo são Sangyu Xu, Daigo Takeuchi, Jiesi Feng e Yulong Li.

O Centro RIKEN para Ciência do Cérebro, o HHMI, a Fundação JPB, os Institutos Nacionais de Saúde, uma bolsa do Programa de Ciências da Fronteira Humana, a Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e a Iniciativa do Cérebro de Pequim apoiaram o estudo.

 

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